Tầng chứa nước trong thành tạo đá phun trào bazan có tiềm năng cung cấp nước nhất cho vùng Buôn Ma Thuột - Đắk Lắk cũng như cả Tây Nguyên. Nghiên cứu cho thấy tầng chứa nước có cấu trúc khá phức tạp, có sự xen kẽ giữa vùng có mạng lưới khe nứt lớn,tính thấm tốt với những vùng có mạng lưới khe nứt nhỏ, tính thấm kém.
Trang 1Ứng dụng phương pháp Disco thành lập bản đồ khả năng tự bảo vệ tầng chứa nước phun trào bazan vùng Buôn Ma Thuột
- Đắk Lắk
Dương Thị Thanh Thủy 1,*, Nguyễn Tuấn Long 2
1 Khoa Khoa học và Kỹ thuật địa chất, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam
2 Công ty cổ phần Đầu tư Tài nguyên - Môi trường, Việt Nam
THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT
Quá trình:
Nhận bài 10/01/2019
Chấp nhận 20/02/2019
Đăng online 29/04/2019
Tầng chứa nước trong thành tạo đá phun trào bazan có tiềm năng cung cấp nước nhất cho vùng Buôn Ma Thuột - Đắk Lắk cũng như cả Tây Nguyên Nghiên cứu cho thấy tầng chứa nước có cấu trúc khá phức tạp, có sự xen kẽ giữa vùng có mạng lưới khe nứt lớn, tính thấm tốt với những vùng có mạng lưới khe nứt nhỏ, tính thấm kém Những vùng có hệ thống khe nứt lớn, nước
từ trên mặt thấm xuống cung cấp cho tầng chứa nước rất nhanh và quá trình tự thấm lọc của chất bẩn xảy ra trong thời gian ngắn, tầng chứa nước này rất dễ bị nhiễm bẩn Xuất phát từ những đặc điểm trên, cần thiết nghiên cứu thành lập bản đồ khả năng tự bảo vệ nước dưới đất tầng chứa nước trong thành tạo đã phun trào bazan cho vùng Buôn Ma Thuột Bằng phương pháp DISCO (Discontinuite - Couverture Protectrice) được phát triển bởi Trung tâm Địa chất thủy văn - Trường Đại học Neuchatel - Thụy Sỹ kết hợp với phần mềm ArcGIS, chúng tôi đã áp dụng xây dựng bản đồ khả năng tự bảo vệ cho tầng chứa nước nước trong thành tạo đá phun trào bazan vùng Buôn Ma Thuột - Đắk Lắk Phương pháp này dựa trên 3 đặc điểm cơ bản của tầng chứa nước: tính không liên tục của tầng - Discontinute (DIS), đặc điểm lớp phủ bảo vệ - Couverture Protectrice (CO), dòng chảy trên mặt (Ruiselement) Kết quả nghiên cứu cho thấy: tầng chứa nước trong thành tạo bazan nứt nẻ có mức độ tự bảo vệ cao và chiếm hầu hết diện tích vùng nghiên cứu (trên 90 %) Phần còn lại của tầng chứa nước có mức độ tự bảo
vệ trung bình
© 2019 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất cả các quyền được bảo đảm
Từ khóa:
Khả năng tự bảo vệ tầng
chứa nước dưới đất
Bazan nứt nẻ
ArcGIS
1 Mở đầu
Vùng Buôn Ma Thuột nằm ở trung tâm Tây
Nguyên, cách thành phố Hồ Chí Minh 350 km và
Hà Nội 1410 km Diện tích vùng nghiên cứu khoảng 418 km2 Trong vùng nghiên cứu có 4 phân vị địa tầng địa chất thủy văn Tuy nhiên, chỉ
có tầng chứa nước Pliocen - Pleistocen hệ tầng Túc Trưng (βN2-Q11 tt) có tiềm năng cung cấp nước, có thể đáp ứng mọi nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của vùng, nên việc đánh giá khả năng tự bảo vệ tầng
_
* Tác giả liên hệ
E - mail: duongthithanhthuy@humg.edu.vn
Trang 2chứa nước này là cần thiết
Đất đá của tầng chứa nước này gồm các thành
tạo bazan olivin, bazan olivin - augit, bazan olivin
- augit - plagioclas, bazan speproxen Bề dày của
tầng thay đổi từ 40240 m, thường gặp từ 80120
m Nước dưới đất thuộc loại không áp Chiều sâu
mực nước từ 715 m Tỷ lưu lượng thay đổi từ
0,062,41 l/sm Hệ số thấm từ 0,295,9 m/ngày
Độ khoáng hóa của nước thay đổi từ 0,10,7 g/l
Nguồn cung cấp cho các tầng chứa nước βN2-Q1
chủ yếu là nước mưa rơi trực tiếp ở phần lộ và
nước mặt (Đặng Hồng Bàng, 1986; Lê Đình Trung,
1994; Ngô Tuấn Tú và nnk., 1999) (Hình 1)
2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp DISCO
2.1 Nguyên tắc đánh giá
Phương pháp DISCO là cơ sở đánh giá và xây dựng bản đồ khả năng tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ dựa trên cấu tạo đặc biệt của tầng chứa nước Phương pháp này đánh giá theo 3 chỉ tiêu sau (.Pochon, Zwahlen, 2003): 1 - Tính không liên tục của tầng chứa nước nứt nẻ - Discontinuites (DIS), mức độ nứt nẻ của tầng chứa nước; 2 - Lớp phủ bảo vệ - Couverture Protectrice (CO), vai trò bảo vệ của các thành tạo địa chất ở phía trên tầng chứa nước; 3 - Dòng chảy trên mặt - (Ruisselement), dòng chảy trên mặt trước khi ngấm vào tầng chứa nước (Hình 2) Nguyên tắc của phương pháp là đánh giá từng chỉ tiêu nêu trên Mỗi một chỉ tiêu được chỉ số hóa, cộng các
Hình 1 Bản đồ địa chất thủy văn vùng
Buôn Ma Thuột
Trang 3giá trị nhận được của từng chỉ tiêu cho giá trị của
nhân tố bảo vệ và bản đồ khả năng tự bảo vệ trên
diện tích nghiên cứu Các thao tác trên có thể làm
được bằng tay hoặc bằng sự trợ giúp của phần mềm ArcGIS
Hình 2 Sơ đồ thể hiện 3 chỉ tiêu tầng chứa nước nứt nẻ theo phương pháp DISCO (Pochon,
Zwahlen, 2003)
Trang 42.2 Đặc điểm và phương pháp đánh giá các chỉ
tiêu trong phương pháp DISCO
2.2.1 Giai đoạn 1 - Đánh giá các chỉ tiêu liên quan
- Tính không liên tục (DIS)
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu thực tế
(Pochon, Zwahlen, 2003) thấy rằng: Tại những
vùng nứt nẻ lớn, hệ số thấm vài chục mét đến lớn
hơn trong một ngày Ngược lại, dòng chảy trong
các khối đá có mức độ nứt nẻ nhỏ, hệ số thấm vài
mét một ngày Hình 3, Hình 4 thể hiện tính không
liên tục tầng chứa nước và phân chia ra các vùng
có đặc điểm tính thấm khác nhau
Các tác giả phân chia chi tiết chỉ tiêu về tính
không liên tục theo 4 cấp từ cấp D o đến D 3 (Bảng
1) (Pochon, Zwahlen, 2003) Cấp D o có giá trị bằng
1, tương ứng với những vùng dễ bị tổn thương nhất, tức là khả năng tự bảo vệ kém nhất Có những trường hợp vùng đó có tính thấm cao nhưng không thấy dấu hiệu của hiện tượng địa
chất và địa mạo, vậy nên có thể chia 2 cấp là D 1 và
D 2 với giá trị 1 và 2 Cấp D 3 tương ứng với vùng có giá trị bằng 3, cấp này tương ứng với các vùng có tính thấm nhỏ
khoảng > 40 m/ngày
5÷40 m/ngày
khoảng 1÷5 m/ngày
4 D 3 3 Vùng này có độ thấm yếu <1
m/ngày
- Lớp phủ bảo vệ (CO hoặc P)
Chỉ tiêu này nhằm mục đích đánh giá vai trò bảo vệ của lớp đất phủ và những thành tạo địa chất ở phía trên tầng chứa nước Đặc điểm bề dày
và tính thấm của các thành tạo này quyết định thời gian di chuyển nhanh hay chậm và hiện tượng chậm trễ, biến chất, lan tỏa của chất ô nhiễm có hiệu quả hay không trước khi nước ngấm vào tầng chứa nước Việc đánh giá đặc điểm của lớp phủ dựa vào loại đất đá, bề dày và thành phần thạch học Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu lý thuyết
và thực tế (Pochon, Zwahlen, 2003) phân chia chỉ tiêu này thành 4 mức độ đối với từng loại đất đá
có thành phần thạch học khác nhau thể hiện trong (Bảng 2, 3, Hình 5, 6)
TT Bề dày (m)
Thấm nước tốt (cát, sạn sỏi)
Thấm nước trung bình (bùn cát)
Thấm nước yếu (đất sét)
Giá trị của chỉ tiêu lớp phủ bảo vệ phía trên tầng
chứa nước P: P 0 = 0; P 1 = 1; P 2 = 2; P 3 = 3
Hình 3 Sơ đồ thể hiện đặc điểm không liên tục của
tầng chứa nước
Hình 4 Sơ đồ mô phỏng và đánh giá chỉ tiêu không
liên tục của tầng chứa nứt nẻ
Bảng 1 Đánh giá chỉ tiêu không liên tục
Bảng 2 Đánh giá chỉ tiêu lớp phủ bảo vệ là lớp đất
bở rời
Trang 5TT Bề dày
(m)
Kết hợp
với lớp
đất P 0
Kết hợp với lớp
đất P 1
Kết hợp với lớp
đất P 2
Kết hợp với lớp
đất P 3
Giá trị của chỉ tiêu lớp phủ bảo vệ phía trên tầng
chứa nước P: P o = 0; P 1 = 1; P 2 = 2; P 3 = 3; P 4 = 4
2.2.2 Giai đoạn 2 - Tính toán nhân tố bảo vệ trung
gian F int
Nhân tố bảo vệ trung gian cho phép xác định
trên lưu vực cung cấp chất ô nhiễm thấm vào
trong đất đá và đạt đến công trình khai thác có giá
trị lớn hoặc nhỏ Với một nhân tố bảo vệ trung gian
có giá trị nhỏ tương ứng với vùng khả năng bị tổn
thương lớn (khả năng tự bảo vệ kém) Như vậy,
chất ô nhiễm thấm vào trong một vùng có nhân tố
bảo vệ trung gian có giá trị nhỏ (khả năng tự bảo
vệ kém) thì nó đi đến công trình khai thác rất
nhanh mà không có sự suy giảm về nồng độ, sự tự
động lọc và sự pha loãng trong quá trình di
chuyển (Pochon, Zwahlen, 2003) tính toán nhân
tố trung gian F int như sau:
F int = 2.D + 1.P
Tính toán các giá trị của nhân tố bảo vệ trung
gian và phân vùng mức độ tự bảo vệ tương ứng
với nhân tố bảo vệ trung gian được thể hiện trong
Bảng 4 và Hình 7
TT Giá trị Fint Tự bảo vệ Dễ bị tổn thương
2.2.3 Giai đoạn 3 - Xác định nhân tố bảo vệ cuối
cùng F
Để xác định nhân tố bảo vệ cuối cùng F, dựa
vào đặc điểm của dòng chảy trên mặt (R) trong
vùng nghiên cứu Dòng chảy trên mặt là nơi dẫn
và di chuyển của chất ô nhiễm Ba đặc điểm chính
xác định yếu tố dòng chảy là độ dốc, tính thấm của
Bảng 3 Đánh giá chỉ tiêu lớp phủ bảo vệ là các
thành tạo địa chất có độ thấm thấp (đất sét, bùn
cát)
(1)
Hình 5 Sơ đồ thể hiện đặc điểm lớp phủ bảo vệ
Hình 6 Sơ đồ mô phỏng và đánh giá chỉ tiêu lớp
phủ bảo vệ
Hình 7 Sơ đồ mô phỏng và đánh giá nhân tố
bảo vệ trung gian F int.
Bảng 4 Giá trị của nhân tố bảo vệ trung gian F int
Trang 6đất, đặc điểm lòng sông Tuy nhiên, có thể đơn
giản hóa khi tính toán và xây dựng bản đồ này khi
chỉ xem xét độ dốc và mạng lưới dòng chảy trên bề
mặt Trên cơ sở các thí nghiệm thực tế (Pochon,
Zwahlen, 2003) đánh giá diện tích vùng dễ bị tổn
thương theo độ dốc địa hình lưu vực thể hiện
trong (Bảng 5, Hình 8, 9)
TT Độ dốc Diện tích của lưu vực cung cấp ở
thượng lưu
1
2 10% Giới hạn khoảng 10 m ở thượng lưu hoặc xung quanh diện tích dễ
bị tổn thương
thượng lưu dễ bị tổn thương
thượng lưu dễ bị tổn thương
2.2.4 Giai đoạn 4 - Khoanh vùng khả năng tự bảo
vệ của tầng chứa nước
Khoanh vùng bảo vệ được thực hiện dựa trên mối liên hệ giữa giá trị của nhân tố bảo vệ cuối cùng F và vùng bảo vệ S (Bảng 6, Hình 10) như sau: Vùng 1 (S1), vùng có nguy cơ bị tổn thương rất cao, có mức độ tự bảo vệ rất kém; Vùng 2 (S2), Vùng có mực độ tự bảo vệ kém, mức độ bị tổn thương cao; Vùng 3 (S3), vùng có mức độ tự bảo
vệ trung bình; Phần còn lại, vùng có mức độ tự bảo
vệ tốt, ít bị tổn thương
3 Kết quả xây dựng bản đồ khả năng tự bảo vệ của tầng chứa nước nứt nẻ bazan Pliocen -
Pleistocen hệ tầng Túc Trưng (βN 2 -Q 11 tt) 3.1 Đánh giá yếu tố “tính không liên tục”
Đánh giá tính không liên tục tầng chứa nước vùng Buôn Ma Thuột, dựa theo hệ số thấm của 67
lỗ khoan thăm dò của Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước miền Trung (Đặng Hồng Bằng, 1986; Lê Đình Trung, 1994; Ngô Tuấn Tú và nnk., 1999)
Từ kết quả phân vùng chỉ tiêu tính không liên tục tầng chứa nước trong Hình 10 cho thấy (Nguyễn Tuấn Long, 2012):
- Vùng có k 1 (m/ngày), vùng này có độ thấm yếu, liên hệ rất chậm với công trình khai
thác, đánh giá (D = 3);
- Vùng có k = 1÷5 (m/ngày), liên hệ chậm với công trình khai thác, đánh giá (D = 2);
- Vùng có k 5 (m/ngày), liên hệ nhanh chóng
với công trình khai thác nước (D = 1)
TT Nhân tố bảo vệ F Nguy cơ bị
1 F rất nhỏ (0, 1) Rất cao S1
2 F nhỏ (2, 3, 4) Cao S2
3 F trung bình (5,
4 F lớn (8, 9, 10) Thấp Phần còn lại
của lưu vực
3.2 Đánh giá yếu tố “Lớp phủ bảo vệ”
Đánh giá yếu tố này dựa vào thành phần thạch học và bề dày của đất đá phân bố trên mặt
bị phong hóa làm lớp phủ Tài liệu đánh giá dựa vào cột địa tầng của 88 lỗ khoan thăm dò địa chất vùng Buôn Ma Thuột Kết quả đánh giá yếu tố lớp
Bảng 5 Xác định diện tích vùng dễ bị tổn thương
khi sử dụng tiêu chí độ dốc dòng chảy trên mặt
Hình 8 Sơ đồ thể hiện yếu tố dòng chảy trên mặt
Hình 9 Sơ đồ mô phỏng và đánh giá nhân tố
bảo vệ cuối cùng
Bảng 6 Mối quan hệ tương đương giữa các yếu
tố bảo vệ F và vùng bảo vệ S
Trang 7phủ bảo vệ vùng Buôn Ma Thuột được trình bày
trong Hình 1 (Nguyễn Tuấn Long, 2012):
+ Bazan bị phong hóa triệt để thành sét bột
nâu đỏ, xám đen lẫn ít sạn bazan bề dầy 7÷39 m
Đất thấm nước yếu, đánh giá P 3 = 3
+ Cát, cuội, sỏi, bột lẫn sét, bề dày 1÷10 m
Thành tạo địa chất có độ thấm thấp P 4 = 4
3.3 Nhân tố bảo vệ trung gian F int
Được tính theo hai chỉ tiêu “tính không liên
tục” và “lớp phủ bảo vệ” theo công thức F int = 2*D + P Từ đó, khoanh được các vùng bảo vệ theo điểm của nhân tố bảo vệ F int (Bảng 8, Hình 12), (Nguyễn Tuấn Long, 2012)
TT Giá trị F int Khả năng tự bảo vệ Vùng S
Bản đồ khả năng tự bảo vệ của tầng chứa nước nghiên cứu sẽ được xây dựng dựa trên bản
đồ phân vùng nhân tố bảo vệ F int và đặc điểm mạng lưới thủy văn vùng Buôn Ma Thuột Do trong khu vực nghiên cứu không có mạng lưới sông, chỉ có một số hồ và suối nhỏ không đáng kể Do vậy, các vùng có mức độ tự bảo vệ khác nhau được khoanh
theo nhân tố bảo vệ cuối cùng F tương đương với vùng có hệ tố F int Kết quả phân vùng có mức độ tự bảo vệ khác nhau tầng chứa nước thể hiện trong Bảng 8, Hình 13 (Nguyễn Tuấn Long, 2012) Với kết quả này, tỷ lệ diện tích tương ứng của các khu vực có khả năng tự bảo vệ cao và trung bình được thể hiện ở Bảng 9, Hình 14
Như vậy, với kết quả trên có thể thấy rằng tầng chứa nước nứt nẻ bazan có tuổi Pliocen - Pleistocen hệ tầng Túc Trưng (βN2-Q1 tt) có khả
năng tự bảo vệ cao, chiếm gần như toàn bộ diện tích vùng Buôn Ma Thuột
(a)
Hình 10 Mô phỏng khoanh định vùng S có mức
độ tự bảo vệ khác nhau (a); Sơ đồ khoanh vùng
tính không liên tục của tầng chứa nước (b)
Hình 11 Sơ đồ khoanh vùng lớp phủ bảo vệ của
tầng chứa nước
Bảng 8 Kết quả đánh giá theo nhân tố bảo vệ F int
và khả năng tự bảo vệ tầng chứa nước
Hình 12 Sơ đồ khoanh vùng nhân tố bảo vệ trung
gian của tầng chứa nước
Trang 8TT tự bảo vệ Mức độ Kí hiệu Diện tích (km2) Vùng phân bố
Thuộc các xã Hòa Lập, xã Hòa Thành
2 Cao Phần còn lại của
lưu vực
377,5 Gần như toàn bộ khu vực
nghiên cứu
4 Kết luận
Trong nghiên cứu này, tác giả đã mạnh dạn
lựa chọn phương pháp DISCO để thử nghiệm áp
dụng đánh khả năng tự bảo vệ của tầng chứa nước
nứt nẻ phun trào bazan vùng Buôn Ma Thuột - Đắk
Lắc Đây cũng là kết quả nghiên cứu mới ở vùng
cao nguyên bazan Tây Nguyên Đồng thời, đây
cũng là một trong những kết quả nghiên cứu đầu
tiên về đánh giá khả năng tự bảo vệ tầng chứa
nước nứt nẻ ở Việt Nam Kết quả nghiên cứu có thể rút ra một số kết luận sau:
1 Nghiên cứu sử dụng phương pháp DISCO
để định lượng các yếu tố tự bảo vệ của tầng chứa nước nứt nẻ bazan theo các đặc trưng: Tính không liên tục (D); Lớp phủ bảo vệ (CO); Đặc điểm dòng chảy trên mặt (Ruiselement);
2 Ứng dụng phần mềm ArcGIS kết hợp với số liệu tính toán khả năng tự bảo vệ của tầng chứa nước Pliocen - Pleistocen, tác giả đã bước đầu thành lập bản đồ phân vùng khả năng tự bảo vệ của tầng chứa nước nứt nẻ bazan cho vùng nghiên cứu
3 Theo kết quả từ bản đồ phân vùng khả năng
tự bảo vệ của tầng chứa nước nứt nẻ bazan vùng Buôn Ma Thuột, Đắk Lắk cho thấy vùng nghiên cứu có mức độ bảo vệ cao, chiếm hầu như toàn bộ diện tích khu vực nghiên cứu trên 90%
4 Phương pháp đánh giá khả năng tự bảo vệ của tầng chứa nước nứt nẻ bazan cần có số liệu tổng hợp về kết quả đo địa vật lý, sử dụng đất, thảm thực vật, thành phần thạch học lớp phủ, điều kiện địa chất thủy văn, sự mô tả kỹ về đới nứt nẻ bazan Tuy nhiên, do nguồn tài liệu còn hạn chế nên kết quả vùng nghiên cứu cũng chỉ mới dừng lại ở phương pháp, gợi ý và đề xuất để các nghiên cứu sâu hơn về sau có thể đưa ra kết quả đánh giá chính xác và chi tiết hơn
Tài liệu tham khảo
Đặng Hồng Bằng, 1986 Tìm kiếm nước dưới đất
vùng Tây Buôn Mê Thuột Liên đoàn Quy hoạch
và Điều tra tài nguyên nước Miền Trung
Lê Đình Trung, 1994 Thăm dò sơ bộ nước dưới
đất vùng Buôn Mê Thuột, Đăk Lắk Cục Địa chất
và Khoáng sản Việt Nam
Ngô Tuấn Tú, 1999 Nước dưới đất khu vực Tây
Nguyên Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam
Nguyễn Tuấn Long, 2012 Đánh giá khả năng tự bảo vệ tầng chứa nước nứt nẻ phuan trào
bazan vùng Buôn Mê Thuột, Đăk Lắk Luận văn
thạc sỹ khoa học Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội
Pochon, A., Zwahlen, F., 2003 Délimitation des zones de protection des eaux souterraines en
L’environnement pratique Office fédéral des
eaux et de la gesologie OFEG Berne 81
Hình 13 Bản đồ đánh giá khả năng tự bảo vệ của
tầng chứa nước nghiên cứu
Bảng 9 Tổng hợp diện tích vùng khả năng tự bảo
vệ vùng nghiên cứu
Hình 14 Diện tích vùng khả năng tự bảo vệ vùng
Buôn Ma Thuột (km 2 )
Trang 9Application of Disco method for vulnerability assessment mapping of
basaltic facture aquifer in Buon Me Thuot - Dak Lak
Thuy Thanh Thi Duong 1, Long Tuan Nguyen 2
1 Faculty of Geosciences and Geo-engineerring of Mining and Geology, Vietnam
2 Eviroment Investigation Joinstock Company, Vietnam
Aquifer of basaltic fracture is the most productive formation for not only Buon Me Thuot-Dak Lak but also Central Highland area Previous studies show this aquifer with complex and alternating structure between the high permeability, large fissured network areas, and low permeability areas In area with large fissure network, water from surface percolate and recharge to aquifer very quickly thus water quality is very sensitive to be contaminated Therefore, vulnerability assessment and mapping for this aquifer is required and indispensable By using Disco method (Discontinuite - Couverture Protectrice) which developed by Hydrogeology Centre, Neuchatel University (Swiss) and with help of ArcGIS, a vulnerability assessment map has been done for basaltic facture aquifer in Buon Me Thuot, Dak Lak area This method is based on three basic characteristics: (1) the discontinuous factor (Discontinue-DIS); (2) characteristic of covering layers-Couverture Protectrice (CO); (3) the characteristics of surface runoff (Ruiselement) The study shows that the aquifer with a high self-protection level spread over the study area (over 90%), while the rest of the aquifer has an average protective level